Yeni Nesil Madde: Hidrojeller


Hidrojeller üzerinde yapılan ilk çalışmalar, 1930'ların ortalarında, çapraz bağlı polimerlerin kinetiği üzerine yapılan çalışmalarla başlamıştır. 1940'larda, Nobel ödüllü Paul Flory'nin araştırması, hidrojellerin çapraz bağlı yapısının, şişme özelliklerinin, saf su ve fizyolojik sıvılardaki küçük ve büyük deformasyon davranışının ayrıntılı, temel bir anlayışına yol açmış, ilerleyen yıllarda da başka isimler tarafından bu malzeme hakkında kitaplar yazılmış ve çalışmalar yapılmıştır [1].


Hidrojeller, suyun disperse olduğu kolloidal jeller olarak, şişme ve önemli miktarda suyu bünyesinde tutma yeteneği sergileyen, ancak suda çözünmeyen polimerik malzemelerdir. Suyu emme yeteneği, polimerik omurgaya bağlı hidrofilik fonksiyonel gruplardan kaynaklanırken, çözünmeye karşı dirençleri ağ zincirleri arasındaki çapraz bağlardan kaynaklanmaktadır. [2]

Hidrojeller, üç boyutlu polimer zincirler ağı ve makromoleküller arasındaki boşluğu dolduran sudan oluşan iki veya çok bileşenli sistemledir. Kullanılan polimerin (polimerlerin) özelliklerine ve ağ bağlantılarının doğasına ve yoğunluğuna bağlı olarak, bir dengede olan bu tür yapılar çeşitli miktarlarda su içerebilir; şişmiş durumdaki bir hidrojelde, suyun kütle oranı, polimerin kütle oranından çok daha yüksektir. Uygulamada, yüksek derecede şişme elde etmek için, çapraz bağlı olmayan formdayken suda çözünür olan sentetik polimerlerin kullanılması yaygındır [2].


Şekil 1. Hidrojelin basit yapısı


Hazırlama yöntemlerine, iyonik yüklere, kaynaklara, çapraz bağlanma türüne ve yapısına bağlı olarak, hidrojeller çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir [3].


1. Kaynağına Göre Hidrojeller


Hidrojeller kaynağına göre doğal veya sentetik olarak iki gruba ayrılabilir. Doğal polimerler, kolajen ve jelatin gibi proteinleri ve nişasta, aljinat ve agaroz gibi polisakkaritleri içerir. Sentetik polimerler, geleneksel olarak kimyasal polimerizasyon yöntemleri kullanılarak hazırlanır; doğaları gereği hidrofobiktir ve doğal polimerlere kıyasla kimyasal olarak daha güçlüdür [2].


2. Hazırlama Yöntemine Göre Hidrojeller


a. Homopolimerik Hidrojeller: Herhangi bir polimer ağından oluşan tek bir monomer türünden türetilen polimer ağlarıdır.


b. Kopolimerik Hidrojeller: Polimer ağ zinciri boyunca rastgele, blok veya alternatif bir konfigürasyonda düzenlenmiş en az bir hidrofilik bileşene sahip iki veya daha fazla farklı monomer türünden oluşan hidrojellerdir.


c. Multipolimer hidrojeller: Birlikte reaksiyona giren üç veya daha fazla komonomerden üretilir.


d. İç içe geçen polimerik hidrojeller (IPN): Bir ağ formunda bulunan iki bağımsız çapraz bağlı sentetik ve/veya doğal polimer bileşeninden oluşur [1][2].


Şekil 2. Hazırlama yöntemine göre hidrojellerin gösterimi. Sırayla homopolimerik, kopolimerik ve iç içe geçen polimerik hidrojeller (IPN) [4]


3. Yapısına Göre Hidrojeller


Ağın fizikokimyasal yapısal özelliklerine dayanarak, hidrojeller ayrıca şu şekilde sınıflandırılabilir:

a. Amorf hidrojeller: Makromoleküler zincirler rastgele düzenlenir. Kovalent çapraz bağlara sahiptir, kristal değildir.


b. Yarı kristalli hidrojeller: Amorf ve kristal fazların karmaşık bir karışımı. Kovalent çapraz bağlara sahip olabilir veya olmayabilir.


c. Kristalli hidrojeller [1][2].